“暗激子（dark excitons）” 以 30万倍亮度被观测到

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纽约城市大学（CUNY）与德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员近日在现代光学领域取得重大突破——他们成功让一种极难探测的量子光状态 “暗激子（dark excitons）” 以 30万倍亮度被观测到，并可实现精确操控。此成果为更快速、更小型、更节能的量子计算与光子技术奠定了新基础。

暗激子是一种存在于原子级超薄半导体中的奇异“光-物质耦合”状态，由于其发光极弱，通常处于“隐形”状态。然而，它们的长寿命和极低环境干扰特性，使其成为量子信息处理和传感领域的理想候选。

为了让暗激子显现，研究团队构建了一种全新的纳米级光学腔结构，由金纳米管与一层仅三原子厚的**二硒化钨（WSe₂）**构成。这个精密的等离子体-激子纳米异质结构使暗激子的发光增强到原来的 近30万倍——不仅首次让其“发光”，还实现了纳米尺度的可控操作。

CUNY光子学计划负责人、研究首席科学家、爱因斯坦物理学教授安德烈亚·阿卢（Andrea Alù）表示：“这项研究表明，人类可以访问并操控过去完全无法触及的光-物质状态。通过在纳米尺度上随意开启与关闭这些隐藏态，将极大推进下一代光子与量子技术的发展，包括传感与计算。”

电场精准调控：可随需切换的新量子功能
团队进一步展示了如何通过外加电场与磁场灵活调节暗激子的发光，使科学家能在芯片上微调其量子特性，以应用于光子电路、传感器与安全量子通信系统。

与过去依赖改变材料结构的方法不同，这种新技术完全保留了半导体材料本身的特性，却实现了前所未有的光-物质耦合增强。

论文第一作者、谷加明（Jiamin Quan）表示：“研究揭示了一类此前从未被观测到的自旋禁阻型暗激子，这是探索二维材料中更多隐藏量子态的开端。”

解决长期争议：等离子体结构能否增强暗激子？
纳米光子学界长期争论是否能利用等离子体结构增强暗激子而不破坏其本征量子特性。本次研究通过精确设计的等离子体-激子异质结构给出了答案。团队利用纳米级六方氮化硼层，将金材料与半导体隔离开，使激子的内在结构得以保持，同时极大增强其光学响应。

该研究获得美国空军科研办公室、海军研究办公室及国家科学基金会资助。

通过让原本“黑暗”的量子光态变得明亮可控，这项成果为构建更小、更快、更节能的新一代量子与光子系统迈出了关键一步。